小康社會農村家庭智能網絡應用集成模型研究

孫偉強，趙繼忠

（遼寧廣播電視大學，遼寧 沈陽 110034）

小康社會農村家庭智能網絡應用集成模型研究

孫偉強，趙繼忠

（遼寧廣播電視大學，遼寧 沈陽 110034）

提出了小康社會農村家庭智能網絡互聯拓撲模型、集成應用信息系統模型和在此基礎上的電子商務新應用模型，對互聯和集成過程中遇到的問題進行了分析，并提出了解決辦法，最后對這一模型進行了應用前景分析和預測。具有一定的應用前景。

智能家庭；IGRS；網絡拓撲；信息系統；電子商務

目前，關于智能家庭網絡的研究和應用非常廣泛[1-4]，如智能農業[6]、智能水產[7]、智能生產加工[8]、智能養殖[9]、智能倉儲等。智能化設備[5]已經被快速應用到生產和生活中，并對生產力和經濟的發展提供強大推動力，然而，經過大量的產品、應用實踐和理論研究調研發現，存在著應用產品缺乏統一技術標準和接口、應用場景孤立零散[6-9]、相關理論架構有待完善等問題。這必將導致數據孤島、應用孤島的產生。研究如何把這些智能設備、網絡、應用有機集成，使之成為跨應用的智能網絡是解決上述問題的突破口。集成后的網絡既是生產經營網絡，又是管理控制網絡，具有特殊的重要性。在網絡融合的大趨勢下，多智能網絡融合應用具有很強的現實意義和應用價值。筆者以小康社會農村家庭智能化生活、生產和經營網絡的集成為模型開展了研究。

1 網絡拓撲結構問題及其解決

在小康社會農村家庭生產經營中，這些智能設備、智能生產網絡或系統各自獨立，無法發揮它們協同互通后的應用潛力，通過研究發現，不能草率地將它們簡單接入傳統意義上的智能家庭網關實現互聯互通，這是因為：

1）未來網絡數據壓力問題?；ヂ摵蟮木W絡存在著大量的冗余數據，而且隨著3C（Communication，Customer，Comput?er）融合應用的深入，這類設備將變得種類繁多、數量龐大，很多行業生產經營的智能設備與信息家電同處一網，勢必帶來網絡容量、數據傳輸壓力等問題。

2）生產經營網絡安全問題。黑客入侵進入生產經營網絡的破壞性對農村家庭經濟的危害將是致命的，只有通過子網形式的互聯，才能給網絡安全防護帶來更大的靈活性和可控性。

3）簡化網關復雜性的問題。各生產經營場所的子網通過網關進行互聯，可以使各子網專注于單一范圍的管理控制，避免全部智能設備向單一智能網關匯集，給網關帶來硬件和軟件上的高復雜性，便于解決問題，簡化控制。

4）基于家庭網關的單點故障問題。如果所有智能設備或智能系統都以家庭網關為通向外網的出口，一旦智能家庭網關出現問題，勢必造成全部系統的癱瘓。

基于以上的研究結果，農村生產經營家庭實現多智能網絡拓撲互聯的拓撲結構如圖1所示。

圖1 農村生產經營家庭的網絡拓撲結構

從圖1可以看出，原有各智能家庭網絡、各智能生產經營網絡和孤立智能設備實現互聯后構成了跨應用的智能網絡，并進一步通過路由和防火墻與外部網絡實現安全互通。從內部看，各生產經營子網通過各自智能網關與交換機相連，通過交換機進一步與家庭生產經營服務器、智能家庭網關相連。其中交換機可以使用安全網關替代，從而增加內網的安全防護能力。網關的訪問控制能力和防火墻功能的互補進一步強化了對外網的防護作用。通過配置各子網間的訪問控制，可以有針對性地提高對關鍵鏈路、關鍵數據、關鍵子網和關鍵智能系統的防護。另外，為了防止家庭服務器成為應用的故障點，可以采用雙機熱備和心跳互測技術進行架構。

各子網網關之間的互聯可以采用TCP/IP、IGRS[10]等協議，而各子網網關[11]上應用之間的通信可以采用如SSL等安全網絡協議進行支持。各類信息安全技術和措施都可以應用在各子網網關之間或內外網之間的通信防護中。

通過對以往研究成果的學習，在智能家庭網絡中，有人提出了開放式智能家庭網絡模型，并在模型中提及家庭主網和家庭子網[12]的概念，但是所提模型僅限于智能家庭領域，沒有涉及智能家庭網絡與智能生產經營網絡的融合。另外，還有研究者提出了基于物聯網的多個智能生產網絡互聯的模型[6]，但是該模型忽略了智能家庭網絡的存在，其分析也比較簡單。

2 集成網絡應用系統架構

各智能子網之間的交互[13]可以通過IGRS的服務調用完成。對農村家庭的各智能子網進行的互聯拓撲和應用集成，是出于為用戶提供全部智能子網的管控和應用的一體化系統集成。在圖1中，應將各子網應用及相關數據通過系統集成形式向服務器端軟件系統集成，從而為用戶提供具有可視化界面、模塊化設計、個性化應用的集成信息系統，這樣用戶可以利用服務器端簡便的人機交互實現對全部接入的智能子網的監控、管理，并能夠構建在服務器端的管理系統實現各智能子網之間的協同。

在對各智能子網網關進行互聯拓撲之前，家庭主人已經能夠通過本地或遠程兩種方式利用各子網的智能網關對子網實施管控，各智能網關通過調用一系列協同調度接口、功能調用接口和數據操作接口去完成交給子網的任務。為了在服務器上建設統一的管理系統，需要改變智能網關的IGRS服務軟件架構，更改后的智能網關軟件架構如圖2所示。

圖2 智能子網網關軟件架構

圖2中在IGRS服務架構的上層增加了任務集成接口層，通過任務接口的形式將子網完成的每個任務固定下來。每個任務接口被調用執行完畢，意味著一個任務的完成。而每個任務接口程序中將調用一系列協同調度、接口調用和數據操作。任務接口將提供給服務器端的系統使用。

服務器端集成的信息系統架構如圖3所示。

圖3 服務器端信息系統架構

圖3提出了在統一門戶、統一數據標準、統一身份認證、統一數據共享與交換支持下的信息系統架構，之所以提出統一數據標準，是因為有些數據貫穿了生產、管理、經營的全部環節，橫跨多個子系統。例如，智能農業子系統生產的糧食不僅用于家庭食品供應，而且用作養殖和加工的原料來源，甚至用于基于網絡的電子商務，統一數據標準的提出，為各子系統數據共享與交換消除了障礙。

因為網上電子商務為系統創造了潛在的應用場景，為了使系統能夠向用戶提供個性化服務，必須通過統一身份認證和單點登錄來規范用戶的訪問。

智能發布子系統是為了同步外網電子商務平臺的數據和活動而提供的子系統，它能夠通過管理員配置，決定將哪些數據和資源發布到互聯網交易平臺，同時能夠按照配置規則獲取互聯網交易平臺上的交易請求，并通過適當的接口及時提供給相應的人員進行響應。

遠程控制管理子系統是為了實現管理員的遠程訪問而設置的，管理員通過配置可以實現利用移動設備安全訪問和管理自己的網絡和應用，管理員可以對各個智能子網進行面向任務的管理和監控，并跟蹤整個系統的實時動態。

由于家庭網絡帶寬的提升，為遠程視頻提供了深入應用的機會，目前遠程視頻已經在電子商務新應用中嶄露頭角。通過電子商務子系統可以配置登錄該系統的用戶訪問各個系統和子網絡的權限，例如某一用戶要訂購一頭生豬，而他要求對訂購的生豬的全過程跟蹤，通過該子系統的配置，可以使用戶隨時了解豬的飼料配比情況、豬的進食情況，甚至可以隨時遠程地觀看豬的生活情景，通過這樣的活動可以增強消費者食品安全的信心，激發消費者的消費激情。

人機接口子系統給管理者對系統規則、知識、數據提供管理能力，通過圖形化的工具支持使抽象的配置過程簡單化和直觀化，方便了管理者使用。

另外，由于服務器端應用系統的存在，可以將原本集成在各智能子網網關內的包含領域知識的專家系統上移，方便管理員的使用。另外還可以集成數據挖掘的相關技術對操作和數據進行挖掘，通過反饋應用的形式進一步優化系統。

3 集成信息系統的開發

為了使該系統能夠滿足上述應用情況，系統應采用B/S架構，利用面向對象的模塊化設計思想進行設計，利用JA?VA語言和MVC三層架構模式進行開發，各系統之間采用基于SOA和消息機制的ESB技術進行架構，采用SOAP協議實現模塊間的通信，底層協議采用SSL支持，利用SHA-1數字摘要技術和128位的對稱、非對稱加密技術為信息安全提供保證，針對數據進行分類的信息安全處理策略優化網絡數據傳輸。

4 創新點和應用前景

由于智能家庭網絡與各智能生產經營網絡的應用場景不同，網絡對信息安全的要求也不同，筆者從網絡拓撲結構、系統架構、應用模式提出了農村家庭智能網絡融合應用模型，對基于IGRS的智能應用網絡網關軟件架構進行了改造，提出了跨智能網絡的應用管理系統。在保證信息安全的前提下強化了各智能子網之間的協同性，支持家庭主人本地或遠程地管理各個智能子網。同時，為從事智能生產經營的農村家庭搭建了新的互動式的電子商務模型，該模型具有協同性好、說服力強、概念先進的特點。結合發達國家的相關發展過程，以及國內農村現代化發展趨勢，可以肯定，該應用模型具有一定的應用價值。

5 小結

通過結合信息安全因素的思考，提出了跨應用的現代化農村家庭智能網絡拓撲模型，在此基礎上提出了基于這種智能網絡集成環境的應用系統集成模型，闡述了數據標準化對應用系統集成的重要性。在很好地兼容現有智能家庭行業標準，增強集成后智能網絡協同性的同時，提出了農村家庭開展智能化支持的電子商務新應用模型。這些技術能夠保證基于網絡的農村生產經營活動的安全性、協同性和高效性。

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Research in Application Integration Model of Rural Family’s Intelligent Network under

Well-off Society
SUN Weiqiang,ZHAO Jizhong（Liaoning Radio and TV University,Shenyang 1100034,China）

The interconnection topology model,the information system model of integrated application and internet E-commerce application model are improved for rural household intelligent network under well-off society in this paper.The problems are analyzed and the corresponding solutions are improved for interconnection and integration.The analysis and forecast of this application model are given in the end.It has certain application prospects.

smart home;IGRS;network topology;information system;E-commerce

TN92

A

10.16280/j.videoe.2015.04.026

2014-09-28

【本文獻信息】孫偉強，趙繼忠.小康社會農村家庭智能網絡應用集成模型研究[J].電視技術，2015，39（4）.

孫偉強（1975—），講師，碩士，主研數據挖掘、信息安全、計算機網絡等；

趙繼忠（1978—），講師，碩士，主研儀器儀表。

責任編輯：許 盈